JPH10331648A - 可変ノズル型ターボチャージャのノズル開度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】背圧センサ等の検出値を用いずに且つ背圧セン
サ等を設けることなく、ノズルベーンの閉じ過ぎを防止
することのできる可変ノズルターボチャージャのノズル
開度制御装置を提供する。 【解決手段】ターボチャージャ３５は、そのタービンハ
ウジングに吹き付けられる排気ガスの流速を調整すべく
開閉動作するノズルベーンを備え、同排気ガスの流速調
整によりターボタージャ３５による空気の過給圧が調整
される。この過給圧は、エンジン１１の吸気通路３２に
設けられた圧力センサ４８にて検出される。また、電子
制御ユニット（ＥＣＵ）９２は、圧力センサ４８からの
検出信号に基づき、実際の過給圧を目標過給圧に近づけ
るべくノズルベーンを開閉させるためのアクチュエータ
を駆動制御する。更に、ＥＣＵ９２は、ノズルベーンが
閉じ側に制御されたときに実際の過給圧が増加しない場
合、ノズルベーンを開き側に強制制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の過給シ
ステムに用いられる可変ノズル型ターボチャージャのノ
ズル開度制御装置に係り、詳しくはタービンホイールに
吹き付けられる排気ガスの流速を可変とするノズルベー
ンの開閉動作を制御する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用エンジン等の内燃機関
においては、その出力を向上させるために燃焼室へ充填
される混合ガスの量を増やすことが好ましい。そこで従
来は、ピストンの移動に伴って燃焼室内に発生する負圧
で混合ガスを燃焼室に充填するだけでなく、その混合ガ
スを強制的に燃焼室へ送り込んで、同燃焼室への混合ガ
スの充填効率を高める過給システムが提案され、実用さ
れている。こうした過給システムには、内燃機関の吸気
通路を流れる空気を強制的に燃焼室へ送り込むための過
給機として、例えば可変ノズル型のターボチャージャが
設けられる。

【０００３】上記ターボチャージャは、内燃機関の排気
通路を流れる排気ガスによって回転するタービンホイー
ルと、同機関の吸気通路内の空気を強制的に燃焼室側へ
送り込むコンプレッサホイールとを備えている。これら
タービンホイールとコンプレッサホイールとは、ロータ
シャフトを介して一体回転可能に連結されている。そし
て、タービンホイールに排気ガスが吹き付けられて同ホ
イールが回転すると、その回転はロータシャフトを介し
てコンプレッサホイールに伝達される。こうしてコンプ
レッサホイールが回転することにより、吸気通路内の空
気の過給圧が高くなり同空気が強制的に燃焼室に送り込
まれるようになる。

【０００４】更に、上記ターボチャージャには、タービ
ンホイールに吹き付けられる排気ガスが通過する排気ガ
ス流路を備え、同流路はタービンホイールの外周を囲う
ように同ホイールの回転方向に沿って形成される。従っ
て、排気ガス流路を通過した排気ガスは、タービンホイ
ールの軸線へ向かって吹き付けられることになる。この
ような排気ガス流路には、タービンホイールに吹き付け
られる排気ガスの流速を可変とするための複数のノズル
ベーンが設けられている。これらノズルベーンは、ター
ビンホイールの軸線を中心として等角度毎に位置し、互
いに同期した状態で開閉動作する。

【０００５】そして、上記ノズルベーンを同期して開閉
動作させ、隣合うノズルベーン間の隙間の大きさを変化
させることで、タービンホイールに吹き付けられる排気
ガスの流速が調整される。こうしてノズルベーンを開閉
させて上記排気ガスの流速調整を行うことにより、ター
ビンホイールの回転速度が調整され、ひいては燃焼室へ
の空気の過給圧が調整されるようになる。ここで過給圧
とノズルベーンの開度との関係を図８（ａ）のグラフに
示す。同図から明らかなように過給圧は、ノズルベーン
全閉付近にて最大となり、ノズルベーンの開度が増大す
るほど徐々に低下するような推移態様を示す。

【０００６】一方、上記のような過給圧の調整は、図８
（ａ）に示されるノズルベーンの開度に対する過給圧の
推移特性をふまえ、実際の過給圧が内燃機関の運転状態
に基づき設定される目標過給圧に近づくようノズルベー
ンの開度を制御することによって行われる。即ち、実際
の過給圧が目標過給圧よりも小さい場合にはノズルベー
ンの開度を小さくすることで実際の過給圧を上昇させ、
実際の過給圧が目標過給圧よりも大きい場合にはノズル
ベーンの開度を大きくすることで実際の過給圧を低下さ
せる。このようなノズルベーンの開度制御に基づく過給
圧調整を行うことができるのは、ノズルベーンの開度範
囲のほぼ全域にて同開度の増大に伴い過給圧が低下する
ためである。

【０００７】ところで、上記構成のターボチャージャに
おいては、内燃機関の回転数が高くなると、ノズルベー
ンの開度と過給圧との関係が図８（ａ）のグラフに示す
態様から図８（ｂ）のグラフに示す態様へと変化する。
この図８（ｂ）のグラフでは、ノズルベーンの半開付近
にて過給圧が最大となる。また、ノズルベーンが全閉か
ら半開に至る領域Ａではノズルベーンの開度増大に伴い
過給圧が徐々に高くなり、ノズルベーンが半開から全開
に至る領域Ｂではノズルベーンの開度増大に伴い過給圧
が徐々に低下する。

【０００８】従って、ノズルベーンの開度が図８（ａ）
において全閉から半開の間の状態にあるとき、内燃機関
の回転数が急激に高くなると、そのノズルベーンの開度
が図８（ｂ）の領域Ａ内に位置する状態になる。この状
態にあっては、実際の過給圧が目標過給圧よりも小さく
なってノズルベーンを閉じ側に制御したとしても、実際
の過給圧を上昇させることができないため、そのノズル
ベーンは過度に閉じられた状態にまで至ることとなる。
このようにノズルベーンが閉じ過ぎになると、排気ガス
の排気効率が低下して内燃機関の出力低下に繋がること
ともなる。

【０００９】上記のようなノズルベーンの閉じ過ぎを防
止する装置としては、例えば特開昭６２−１８２４３７
号公報に記載されたノズル開度制御装置が知られてい
る。同装置では、排気行程時の燃焼室内の圧力（燃焼室
とターボチャージャとの間の排気通路内の圧力）である
エンジン背圧と、ターボチャージャの駆動により生じる
吸気通路内の過給圧とを減算し、その減算値に基づき上
記ノズルベーンの閉じ過ぎを検出するようにしている。

【００１０】即ち、ノズルベーンの開度が図８（ｂ）の
領域Ｂ内にある状態では、エンジン背圧が低くなるた
め、そのエンジン背圧と過給圧との減算値が小さくな
る。また、ノズルベーンの開度が図８（ｂ）の領域Ａ内
にある状態では、エンジン背圧が高くなるため、そのエ
ンジン背圧と過給圧との減算値は大きくなる。このよう
なエンジン背圧と過給圧との関係を考慮して、同装置で
は、エンジン背圧と過給圧との減算値が所定の判定値よ
りも大きいことに基づき上記ノズルベーンの閉じ過ぎを
検出する。また、ノズルベーンの閉じ過ぎが検出された
場合、同装置は、ノズルべーンを開き側に制御して同ベ
ーンの開度を正常に開閉制御可能な領域Ｂへと移行させ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記ノズル開度制御装
置のようにエンジン背圧と過給圧との減算値を算出し、
同減算値と所定の判定値との大小を比較することで、ノ
ズルベーンの閉じ過ぎを検出及び防止することはでき
る。しかし、同装置では、過給圧を検出するための過給
圧センサ等だけでなく、エンジン背圧を検出するための
背圧センサ等を設けなければならず、その背圧センサ等
を設ける際の手間やコストも無視できないものとなって
いる。

【００１２】また、エンジン背圧は排気通路の長さや燃
焼室での失火の有無といった各種条件により変化するた
め、ノズルベーンの閉じ過ぎを検出するための上記判定
値を上記各種条件に基づき設定する必要あり、その設定
に手間がかかることともなっている。

【００１３】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、背圧センサ等の検出値を用
いずに且つ背圧センサ等を設けることなく、ノズルベー
ンの閉じ過ぎを防止することのできる可変ノズルターボ
チャージャのノズル開度制御装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、請求項１記載の発明では、自身の回転により内燃機
関の燃焼室へ空気を強制的に送り込むコンプレッサホイ
ールと、このコンプレッサホイールと一体回転可能に連
結されるとともに内燃機関の排気ガスが吹き付けられる
ことで回転するタービンホイールと、このタービンホイ
ールに吹き付けられる排気ガスの流速を可変とすべく開
閉動作するノズルベーンとを備え、前記燃焼室への空気
の過給圧が目標値よりも小さいときに前記ノズルベーン
を閉じ側へ制御し、前記過給圧が目標値よりも大きいと
きに前記ノズルベーンを開き側に制御する可変ノズル型
ターボチャージャのノズル開度制御装置において、前記
ノズルベーンが閉じ側に制御されたときの前記過給圧の
推移を検出する過給圧推移検出手段と、前記過給圧推移
検出手段によって前記過給圧の上昇が検出されないこと
に基づき前記ノズルベーンを開き側に強制制御するノズ
ル開度強制制御手段とを備えた。

【００１５】同構成にあっては、ノズルベーンが過度に
閉じた状態になると、ノズルベーンの閉制御時に過給圧
が上昇しなくなる。そのため、ノズルベーンが閉じ側に
制御されたとき、過給圧の上昇が過給圧推移検出手段に
よってされないことに基づき、ノズル開度強制制御手段
によってノズルベーンを開き側に強制制御することで、
そのノズルベーンの閉じ過ぎが防止される。

【００１６】請求項２記載の発明では、前記過給圧推移
検出手段は、前記ノズルベーンが閉じ側に制御された
後、前記過給圧が変化するのに十分な時間が経過してか
ら同過給圧の推移を検出するものとした。

【００１７】同構成にあっては、ノズルベーンの開度が
変更されてから過給圧が変化するのに時間がかかるた
め、ノズルベーンが閉じ側に制御された後に過給圧が変
化するのに十分な時間が経過してから過給圧の推移を検
出する。従って、ノズルべーンが閉じ側に制御されたと
き、過給圧変化の応答遅れによって同過給圧が上昇しな
い場合に、ノズルベーンが誤って開き側に強制制御され
るのを防止することができるようになる。

【００１８】請求項３記載の発明では、前記ノズル開度
強制制御手段は、前記過給圧推移検出手段によって前記
過給圧の上昇が検出されないことに基づき前記ノズルベ
ーンを全開となるよう制御するものとした。

【００１９】同構成によれば、ノズルベーンが閉じ過ぎ
になったとき、そのノズルベーンが正常に制御される開
度領域まで同ベーンを開き側へ的確に強制制御すること
ができるようになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を自動用エンジンに
適用した一実施形態を図１〜図８に従って説明する。

【００２１】図１に示すように、エンジン１１のシリン
ダブロック１１ａにはピストン１２が往復移動可能に設
けられ、ピストン１２はコンロッド１３を介してエンジ
ン１１の出力軸であるクランクシャフト１４に連結され
ている。ピストン１２の往復移動は、このコンロッド１
３によりクランクシャフト１４の回転へと変換されるよ
うになっている。

【００２２】また、シリンダブロック１１ａの上端には
シリンダヘッド１５が設けられ、シリンダヘッド１５と
ピストン１２との間には燃焼室１６が設けられている。
このシリンダヘッド１５には燃焼室１６と連通する吸気
ポート１７及び排気ポート１８が設けられ、それら吸気
ポート１７及び排気ポート１８には、それぞれ吸気バル
ブ１９及び排気バルブ２０が設けられている。

【００２３】更に、シリンダヘッド１５には、吸気バル
ブ１９及び排気バルブ２０を開閉駆動するための吸気カ
ムシャフト２１及び排気カムシャフト２２が回転可能に
支持されている。これら吸気及び排気カムシャフト２
１，２２はタイミングベルト（図示せず）を介してクラ
ンクシャフト１４に連結され、同ベルトによりクランク
シャフト１４の回転が吸気及び排気カムシャフト２１，
２２へ伝達されるようになっている。そして、吸気カム
シャフト２１が回転すると、吸気バルブ１９が開閉駆動
されて、吸気ポート１７と燃焼室１６とが連通・遮断さ
れる。また、排気カムシャフト２２が回転すると、排気
バルブ２０が開閉駆動されて、排気ポート１８と燃焼室
１６とが連通・遮断されるようになっている。

【００２４】吸気ポート１７及び排気ポート１８には、
それぞれ吸気管３０及び排気管３１が接続されている。
この吸気管３０内及び吸気ポート１７内は吸気通路３２
となっており、排気管３１内及び排気ポート１８内は排
気通路３３となっている。そして、吸気通路３２の上流
部及び排気通路３３の下流部は、それぞれターボチャー
ジャ３５に繋がっている。このターボチャージャ３５
は、吸気通路３２の下流側へ空気を送り出すためのコン
プレッサホイール３６と、排気通路３３を通過する排気
ガスによって回転するタービンホイール３７と、それら
ホイール３６，３７を一体回転可能に連結するロータシ
ャフト３８とを備えている。

【００２５】一方、吸気管３０内の上流端には、スロッ
トルバルブ４６が設けられている。スロットルバルブ４
６の開度（スロットル開度）は、自動車の室内に設けら
れたアクセルペダル４７の踏込量（アクセル開度）に基
づき調節され、このスロットルバルブ４６の開度調節に
より燃焼室１６内へ吸入される空気の量が調節される。

【００２６】更に、吸気通路３２には、スロットルバル
ブ４６より下流側に位置する同通路３２内の圧力を検出
する圧力センサ４８が設けられている。この圧力センサ
４８は、検出された吸気通路３２内の圧力に対応した検
出信号を出力する。また、吸気管３０の下流端には、燃
焼室１６内へ向かって燃料を噴射するための燃料噴射弁
５０が設けられている。この燃料噴射弁５０は、吸気通
路３２内の空気が燃焼室１６へ吸入されるとき、燃焼室
１６へ向けて燃料を噴射し、燃料及び空気からなる混合
ガスを形成する。

【００２７】一方、シリンダヘッド１５には、点火プラ
グ５１が設けられている。そして、その点火プラグ５１
により燃焼室１６内に充填された混合ガスに対して点火
が行われると、混合ガスは爆発して排気ガスになり排気
通路３３へ送り出される。その点火プラグ５１は、エン
ジン１１に設けられたディストリビュータ５２に接続さ
れている。そして、ディストリビュータ５２には、エン
ジン１１の回転に連動して回転する図示しないロータ
と、そのロータの回転からエンジン１１の回転数ＮＥを
検出する回転数センサ５３とが設けられている。

【００２８】こうしたエンジン１１にあっては、その吸
気行程において、ピストン１２の下降により燃焼室１６
内に負圧が発生し、その負圧により燃焼室１６へ吸気通
路３２を介して空気が吸入される。また、燃料噴射弁５
０からは、燃焼室１６に吸入される空気の量に対応した
量の燃料が同燃焼室１６へ向かって噴射され、その結
果、燃焼室１６には空気と燃料とからなる混合ガスが充
填される。

【００２９】その後、エンジン１１の圧縮行程におい
て、ピストン１２の上昇により、燃焼室１６内の混合ガ
スは圧縮される。燃焼室１６内で圧縮された混合ガス
は、点火プラグ５１により点火されて爆発し、その爆発
力によってピストン１２が下降してエンジン１１は爆発
行程に移る。この爆発行程により、エンジン１１は駆動
力を得ることとなる。こうして燃焼室１６内で燃焼した
混合ガスは、エンジン１１の排気行程において、ピスト
ン１２の上昇により排気ガスとして排気通路３３へ排出
される。

【００３０】排気通路３３を通過した排気ガスは、ター
ボチャージャ３５のタービンホイール３７に吹き付けら
れる。タービンホイール３７は排気ガスの吹き付けによ
って回転し、同ホイール３７の回転はロータシャフト３
８を介してコンプレッサホイール３６に伝達される。こ
うしてコンプレッサホイール３６が回転すると、吸気通
路３２の下流側へ向かって空気が強制的に送り出されて
燃焼室１６への吸入空気量が増加し、ひいては燃焼室１
６への混合ガスの充填効率が向上することとなる。そし
てその結果、エンジン１１の出力が向上するようにな
る。

【００３１】次に、上記ターボチャージャ３５の具体的
構成を、図２及び図３に基づいて詳しく説明する。図２
に示すように、ターボチャージャ３５は、センタハウジ
ング６１、コンプレッサハウジング６２及びタービンハ
ウジング６３を備えている。センタハウジング６１に
は、上記ロータシャフト３８がその軸線Ｌを中心に回転
可能に支持されている。このロータシャフト３８の一端
部（図中右端部）には、複数の羽根３６ａを備えた上記
コンプレッサホイール３６が取り付けられている。ま
た、ロータシャフト３８の他端部（図中左端部）には、
同じく複数の羽根３７ａを備えた上記タービンホイール
３７が取り付けられている。

【００３２】センタハウジング６１の一端側には、コン
プレッサホイール６２の外周を囲うように、しかも渦巻
き状に延びるかたちで上記コンプレッサハウジング６２
が取り付けられている。このようなコンプレッサハウジ
ング６２において、センタハウジング６１の反対側に位
置する部分には、エンジン１１の燃焼室１６（図１）に
供給される空気が導入される吸気入口６２ａが設けられ
ている。また、コンプレッサハウジング６２の内部に
は、同ハウジング６２と同じく渦巻き状に延びて吸気通
路３２（図１）と連通するコンプレッサ通路６４が設け
られている。更に、コンプレッサハウジング６２には、
吸気入口６２ａを介して同ハウジング６２内に導入され
た空気をコンプレッサ通路６４へ送り出すための送出通
路６５が設けられている。この送出通路６５は、コンプ
レッサ通路６４に沿って設けられている。そして、ロー
タシャフト３８の回転に基づきコンプレッサホイール３
６が軸線Ｌを中心に回転すると、空気が吸気入口６２
ａ、送出通路６５及びコンプレッサ通路６４を介して吸
気通路３２へ強制的に送り出されるようになる。

【００３３】一方、センタハウジング６１の他端側に
は、タービンホイール３７の外周を囲うように、しかも
渦巻き状に延びるかたちで上記タービンハウジング６３
が取り付けられている。そしてこのタービンハウジング
６３内には、同ハウジング６３と同じく渦巻き状に延び
るスクロール通路６６が設けられている。このスクロー
ル通路６６は、エンジン１１の排気通路３３（図１）と
連通し、燃焼室１６からの排気ガスが同排気通路３３を
介して送り込まれる。

【００３４】また、タービンハウジング６３内には、ス
クロール通路６６内の排気ガスをタービンホイール３７
へ向けて吹き付けるための排気ガス流路６７が、そのス
クロール通路６６に沿って設けられている。この排気ガ
ス流路６７からのタービンホイール３７への排気ガスの
吹き付けによって、タービンホイール３７が軸線Ｌを中
心に回転するようになる。なお、タービンホイール３７
に吹き付けられた後の排気ガスは、タービンハウジング
６３においてセンタハウジング６１と反対側に位置する
部分に設けられた排気出口６３ａを介して触媒（図示せ
ず）へ送り出される。

【００３５】次に、センタハウジング６１とタービンハ
ウジング６３との間に設けられて、上記排気ガス流路６
７を介してタービンホイール３７に吹き付けられる排気
ガスの流速を調整する可変ノズル機構７１について、図
３（ａ），（ｂ）を参照して説明する。なお、図３
（ａ）は同機構７１の側断面図であり、図３（ｂ）は同
機構７１の正面図である。

【００３６】これら図３（ａ），（ｂ）に示すように、
可変ノズル機構７１は、リング状に形成されたノズルバ
ックプレート７２を備えている。ノズルバックプレート
７２には、複数の軸７３が同プレート７２の円心を中心
として等角度毎に設けられている。各軸７３は、ノズル
バックプレート７２をその厚さ方向に貫通して回動可能
に支持されている。これら軸７３の一端部（図３（ａ）
中の左端部）には、ノズルベーン７４が固定されてい
る。また、軸７３の他端部（図３（ｂ）中の右端部）に
は、同軸７３と直交してノズルバックプレート７２の外
縁部へ延びる開閉レバー７５が固定されている。開閉レ
バー７５の先端には二股に分岐した一対の挟持部７５ａ
が設けられている。

【００３７】各開閉レバー７５とノズルバックプレート
７２との間には、ノズルバックプレート７２と重なるよ
うに環状のリングプレート７６が設けられている。この
リングプレート７６は、その円心を中心に周方向へ回動
可能となっている。また、リングプレート７６にはその
円心を中心として等角度毎に複数のピン７７が設けられ
ており、それらピン７７が各開閉レバー７５の挟持部７
５ａ間に回動可能な状態で挟持されている。

【００３８】そして、リングプレート７６がその円心を
中心に回動されると、各ピン７７が各開閉レバー７５の
挟持部７５ａをリングプレート７６の回動方向へ押す。
その結果、それら開閉レバー７５は軸７３を回動させる
こととなり、軸７３の回動に伴い各ノズルベーン７４は
同軸７３を中心にして各々同期した状態で開閉動作す
る。また、隣合うノズルベーン７４間の隙間の大きさ
は、それらノズルベーン７４の同期した開閉動作に基づ
き変化する。

【００３９】上記構成の可変ノズル機構７１は、ノズル
バックプレート７２を図示しないボルトでタービンハウ
ジング６３に固定することで、図２に示すように同ハウ
ジング６３に取り付けられる。こうしてタービンハウジ
ング６３に取り付けられた可変ノズル機構７１は、セン
タハウジング６１とタービンハウジング６３との間に位
置することとなる。この状態において、リングプレート
７６の外縁部（図中下端部）には軸線Ｌと同方向へ延び
るピン８６が設けられ、そのピン８６には可変ノズル機
構７１を駆動するための駆動機構８２が連結される。

【００４０】駆動機構８２は、センタハウジング６１に
上記ピン８６と同方向へ延びた状態で回動可能に支持さ
れた支軸８３を備えている。この支軸８３の一端部（図
中左端部）には、上記ピン８６に対して回動可能に連結
された駆動レバー８４が固定されている。また、支軸８
３の他端部（図中右端部）には、アクチュエータ８７に
連結された操作片８５が固定されている。

【００４１】そして、アクチュエータ８７の駆動により
操作片８５が操作されて支軸８３が回動すると、支軸８
３の回動に伴い駆動レバー８４が支軸８３を中心に回動
する。その結果、駆動レバー８４によりピン８６を介し
てリングプレート７６が周方向に押され、軸線Ｌを中心
に回動することとなる。このリングプレート７６の回動
により、隣合うノズルベーン７４間の隙間の大きさが調
整され、当該隙間の調整に基づきスクロール通路６６か
ら排気ガス流路６７を介してタービンホイール３７へ吹
き付けられる排気ガスの流速が調節される。

【００４２】更に、タービンホイール３７へ吹き付けら
れる排気ガスの流速を調節することにより、タービンホ
イール３７、ロータシャフト３８及びコンプレッサホイ
ール３６の回転速度が適宜に調節され、ひいては燃焼室
１６（図１）へ強制的に送り込まれる空気の量が調節さ
れる。こうした燃焼室１６への吸入空気量の調整を行う
ことにより、エンジン１１の出力向上と燃焼室１６内の
過剰圧防止との両立が図られるようになる。

【００４３】次に、上記アクチュエータ８７及びその駆
動装置を図４に基づいて詳しく説明する。同図に示され
るように、アクチュエータ８７の内部は、ダイヤフラム
８８によって負圧室８７ａと大気室８７ｂとに区画され
ている。この負圧室８７ａには負圧通路８９が接続され
ている。また、大気室８７ｂの内部は、アクチュエータ
８７の外部と連通して大気圧となっている。一方、負圧
室８７ａ内には、ダイヤフラム８８と直交する方向に伸
縮するコイルスプリング８８ａが設けられている。ダイ
ヤフラム８８には、コイルスプリング８８ａの伸縮方向
へ延びてアクチュエータ８７の外部に突出するロッド８
８ｂが設けられている。このロッド８８ｂは、上記ノズ
ルベーン７４を開閉動作させるための駆動機構８２に設
けられた操作片８５（図２）に連結されている。

【００４４】また、アクチュエータ８７の負圧室８７ａ
に接続された負圧通路８９は、エンジン１１のクランク
シャフト１４に駆動連結されたバキュームポンプ９１に
接続されている。また、負圧通路８９の途中にはエレク
トリック・バキューム・レギュレーティング・バルブ
（ＥＶＲＶ）９０が設けられている。そして、クランク
シャフト１４の回転により駆動される上記バキュームポ
ンプ９１は、ＥＶＲＶ９０との間に位置する負圧通路８
９内の負圧が一定値となるように同通路８９内の空気を
吸引する。

【００４５】一方、上記ＥＶＲＶ９０は、電磁ソレノイ
ド（図示せず）を備えている。同電磁ソレノイドの消磁
状態においては、ＥＶＲＶ９０は負圧室８７ａとアクチ
ュエータ８７の外部とが連通する状態に保持される。こ
の状態にあっては、アクチュエータ８７のロッド８８ｂ
は、コイルスプリング８８ａの付勢力により最も突出し
た状態に保持され、ターボチャージャ３５のノズルベー
ン７４は例えば全閉とされるようになる。

【００４６】また、ＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドの励
磁状態においては、ＥＶＲＶ９０は負圧室８７ａとバキ
ュームポンプ９１とを連通する状態に保持される。この
状態にあっては、負圧室８７ａ内の空気がバキュームポ
ンプ９１へ向けて吸引されることで、ダイヤフラム８８
がコイルスプリング８８ａの付勢力に抗して変位する。
こうしたダイヤフラム８８の変位により、ロッド８８ｂ
はアクチュエータ８７に対して最も没入した状態に保持
され、ターボチャージャ３５のノズルベーン７４は例え
ば全開とされるようになる。

【００４７】更に、電磁ソレノイドへの印加電圧をデュ
ーティ制御した場合には、負圧室８７ａからバキューム
ポンプ９１へ向けて吸引される空気の量を調節すべくＥ
ＶＲＶ９０の開度が調節される。このＥＶＲＶ９０の開
度調節により、アクチュエータ８７におけるロッド８８
ｂの突出位置が適宜に変更され、ターボチャージャ３５
にけるノズルベーン７４の開度が適宜に調整される。ま
た、このようにノズルベーン７４の開度が調節されるこ
とで、ターボチャージャ３５により燃焼室１６（図１）
へ強制的に送り込まれる空気の量、即ち燃焼室１６への
空気の過給圧ＰＩＭが調節されるようになる。

【００４８】次に、本実施形態におけるノズル開度制御
装置の電気的構成を図５に基づいて説明する。このノズ
ル開度制御装置は、点火時期制御、燃料噴射時期制御、
燃料噴射量制御及びアイドル回転数制御など、エンジン
１１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（以
下「ＥＣＵ」という）９２を備えている。このＥＣＵ９
２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバック
アップＲＡＭ９６等を備える論理演算回路として構成さ
れている。

【００４９】ここで、ＲＯＭ６２は各種制御プログラム
や、その各種制御プログラムを実行する際に参照される
マップ等が記憶されるメモリであり、ＣＰＵ９４はＲＯ
Ｍ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基づ
いて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ９
４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一
時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９６
はエンジン１１の停止時に保存すべきデータを記憶する
不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ
９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バス
９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路
９８及び外部出力回路９９と接続されている。

【００５０】外部入力回路９８には、圧力センサ４８及
び回転数センサ５３が接続されている。一方、外部出力
回路９９には、燃料噴射弁５０及びＥＶＲＶ９０が接続
されている。

【００５１】このように構成されたＥＣＵ９２は、上記
圧力センサ４８からの検出信号に基づき燃焼室１６へ吸
入される空気の量を求め、その吸入空気量に対応した最
終噴射量指令値ＱＦＩＮを算出する。ＥＣＵ９２は、上
記求めた最終噴射量指令値ＱＦＩＮに基づいて燃料噴射
弁５０を駆動制御し、同噴射指令値ＱＦＩＮに対応した
燃料量を噴射させる。このようにエンジン１１における
燃料噴射量を制御することで、燃焼室１６に充填される
混合ガスの空燃比が適正に保持されるようになる。

【００５２】また、ＥＣＵ９２は、実際の過給圧ＰＩＭ
をエンジン１１の運転状態に基づき求められる目標過給
圧ＰＩＭＴＲＧに近づけるべく、ターボチャージャ３５
におけるノズルベーン７４の開度を制御する。ここでノ
ズルベーン７４の開度と上記過給圧ＰＩＭとの関係を図
８（ａ）のグラフに示す。図８（ａ）のグラフは、ノズ
ルベーン７４の開度変化に対する一般的な過給圧ＰＩＭ
の推移態様を示すものである。このグラフから明らかな
ように過給圧ＰＩＭは、ノズルベーン７４の全閉付近に
て最大となり、ノズルベーン７４の開度が増大するほど
徐々に低下することが分かる。

【００５３】以上のようなノズルベーン７４の開度変化
に対する過給圧ＰＩＭの推移特性をふまえ、実際の過給
圧ＰＩＭを目標過給圧ＰＩＭＴＲＧへ近づけるためのノ
ズルベーン７４の開度制御が行わる。即ち、実際の過給
圧ＰＩＭが目標過給圧ＰＩＭＴＲＧよりも小さい場合に
はノズルベーン７４の開度を小さくすることで実際の過
給圧ＰＩＭを上昇させ、同過給圧ＰＩＭが目標過給圧Ｐ
ＩＭＴＲＧよりも大きい場合にはノズルベーン７４の開
度を大きくすることで実際の過給圧ＰＩＭを低下させ
る。このようなノズルベーン７４の開度制御に基づく過
給圧調整を行うことができるのは、ノズルベーン７４の
開度範囲のほぼ全域にて同開度の増大に伴い過給圧ＰＩ
Ｍが低下するためである。

【００５４】なお、上記目標過給圧ＰＩＭＴＲＧは、エ
ンジン１１の運転状態に基づき設定されるものであっ
て、例えばエンジン１１の低回転高負荷時に小さく設定
され、高回転低負荷時には大きく設定される。これは低
回転高負荷時にはエンジン１１の過給圧ＰＩＭを高めて
出力向上を図り、高回転低負荷時にはエンジン１１の過
給圧ＰＩＭを低くすべくノズルベーン７４間の隙間を大
きくすることで排気ガスの排出抵抗を低減するためであ
る。そして、このように目標過給圧ＰＩＭを設定するこ
とにより、エンジン１１の出力向上と燃焼室１６及び排
気通路３３内の過剰圧防止との両立が図られるようにな
る。

【００５５】次に、本実施形態における上記ノズルベー
ン７４の開度制御態様を図６及び図７に基づいて説明す
る。この図６及び図７は、ノズルベーン７４の開度制御
を行うための処理ルーチンを示すフローチャートであ
る。同処理ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定
時間毎の時間割り込みにて実行される。

【００５６】同処理ルーチンにおいてＥＣＵ９２は、ス
テップＳ１０１の処理として、回転数センサ５３からの
検出信号に基づき求められるエンジン回転数ＮＥと、最
終噴射量指令値ＱＦＩＮとから目標過給圧ＰＩＭＴＲＧ
を算出する。この目標過給圧ＰＩＭＴＲＧを算出する際
には、ＲＯＭ９３に記憶されたマップ（図示せず）が参
照される。ＥＣＵ９２は、続くステップＳ１０２の処理
として、圧力センサ４８からの検出信号に基づき求めら
れた実際の過給圧ＰＩＭを読み込む。その後、ステップ
Ｓ１０３に進む。

【００５７】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０３の処理と
して、実際の過給圧ＰＩＭが目標過給圧ＰＩＭＴＲＧよ
りも小さいか否かを判断する。そして、「ＰＩＭ＜ＰＩ
ＭＴＲＧ」でないと判断された場合にはステップＳ１０
４（図７）に進む。このステップＳ１０４において、Ｅ
ＣＵ９２は、実際の過給圧ＰＩＭが目標過給圧ＰＩＭＴ
ＲＧと同じか否か判断する。

【００５８】そして、「ＰＩＭ＝ＰＩＭＴＲＧ」である
と判断された場合にはステップＳ１０５に進む。ＥＣＵ
９２は、ステップＳ１０５の処理として、前回のＥＶＲ
Ｖ９０駆動用のデューティ比指令値ＤＮＦＩＮi-1 を、
今回のＥＶＲＶ９０駆動用のデューティ比指令値ＤＮＦ
ＩＮとして設定し直す。

【００５９】このようにデューティ比指令値ＤＮＦＩＮ
の設定が行われると、ＥＣＵ９２は、ノズルベーン７４
の開度調節を行うべく上記デューティ比指令値ＤＮＦＩ
Ｎに基づきＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドへの印加電圧
をデューティ制御する。今回のデューティ比指令値ＤＮ
ＦＩＮは、前回のデューティ比指令値ＤＮＦＩＮi-1と
同じであるため、上記デューティ制御の結果、ノズルベ
ーン７４の開度は変更されず一定状態に保持される。

【００６０】また、上記ステップＳ１０４において、
「ＰＩＭ＝ＰＩＭＴＲＧ」でないと判断された場合には
ステップＳ１０６に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１
０６の処理として、前回のＥＶＲＶ９０駆動用のデュー
ティ比指令値ＤＮＦＩＮi-1 にデューティ比補正値ＤＮ
ＦＢＩを加算したものを、今回のＥＶＲＶ９０駆動用の
デューティ比指令値ＤＮＦＩＮとして設定し直す。

【００６１】上記のようにデューティ比指令値ＤＮＦＩ
Ｎの設定が行われると、ＥＣＵ９２は、ノズルベーン７
４の開度調節を行うべく上記デューティ比指令値ＤＮＦ
ＩＮに基づきＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドへの印加電
圧をデューティ制御する。今回のデューティ比指令値Ｄ
ＮＦＩＮは、前回のデューティ比指令値ＤＮＦＩＮi-1
よりも大きくなるため、上記デューティ制御の結果、ノ
ズルベーン７４は開き側に制御される。

【００６２】こうしたノズルベーン７４の開度制御量
は、上記デューティ比補正値ＤＮＦＢＩに基づき変化す
る。即ち、デューティ比補正値ＤＮＦＢＩが大きい場合
には上記ノズルベーン７４の開度制御量は大きくなり、
デューティ比補正値ＤＮＦＢＩが小さい場合には上記ノ
ズルベーン７４の開度制御量は小さくなる。なお、本実
施形態のデューティ比補正値ＤＮＦＢＩは、実際の過給
圧ＰＩＭを速やかに目標過給圧ＰＩＭＴＲＧに近づける
ことができ、且つ上記ノズルベーン７４の開度制御量が
過度に大きくなることのない値に設定されている。

【００６３】上記ステップＳ１０５又はステップＳ１０
６を経てステップＳ１０７に進むと、ＥＣＵ９２は閉補
正フラグＸＤＮＦＩＮとして「０」をＲＡＭ９５にセッ
トした後、この処理ルーチンを一旦終了する。

【００６４】一方、ステップＳ１０３（図６）におい
て、「ＰＩＭ＜ＰＩＭＴＲＧ」であると判断された場合
には、ステップＳ１０８に進む。ＥＣＵ９２は、ステッ
プＳ１０８の処理として、前回のＥＶＲＶ９０駆動用の
デューテイ比指令値ＤＮＦＩＮi-1 から上記デューティ
比補正値ＤＮＦＢＩを減算したものを、今回のＥＶＲＶ
９０駆動用のデューティ比指令値ＤＮＦＩＮとして設定
し直す。

【００６５】上記のようにデューティ比指令値ＤＮＦＩ
Ｎの設定が行われると、ＥＣＵ９２は、ノズルベーン７
４の開度調節を行うべく上記デューティ比指令値ＤＮＦ
ＩＮに基づきＥＶＲＶ９０の電磁ソレノイドへの印加電
圧をデューティ制御する。今回のデューティ比指令値Ｄ
ＮＦＩＮは、前回のデューティ比指令値ＤＮＦＩＮi-1
よりも小さくなるため、上記デューティ制御の結果、ノ
ズルベーン７４は閉じ側に制御される。

【００６６】続いてステップＳ１０９に進み、ＥＣＵ９
２は、閉補正フラグＸＤＮＦＩＮとして「１」がＲＡＭ
９５にセットされているか否かを判断する。そして、
「ＸＤＮＦＩＮ＝１」でない場合にはステップＳ１１０
に進み、閉補正フラグＸＤＮＦＩＮとして「１」をＲＡ
Ｍ９５にセットした後、この処理ルーチンを一旦終了す
る。また、上記ステップＳ１０９において、「ＸＤＮＦ
ＩＮ＝１」であると判断された場合にはステップＳ１１
１に進む。

【００６７】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１１１の処理と
して、今回の実際の過給圧ＰＩＭが前回の実際の過給圧
ＰＩＭi-1 よりも大きいか否かを判断する。即ち、ノズ
ルベーン７４が閉じ側に制御されたことに基づき、実際
の過給圧ＰＩＭが増加したか否かを判断する。そして、
「ＰＩＭ＞ＰＩＭi-1 」であると判断された場合、即ち
実際の過給圧ＰＩＭが増加したと判断された場合には、
この処理ルーチンを一旦終了する。また、「ＰＩＭ＞Ｐ
ＩＭi-1 」でないと判断された場合、即ち実際の過給圧
ＰＩＭが増加していないと判断された場合には、ステッ
プＳ１１２に進む。こうしてステップＳ１１２に進んだ
場合、ノズルベーン７４は、閉じ過ぎた状態になってお
り、閉じ側に制御しても実際の過給圧ＰＩＭが増加しな
い状態（通常の開度制御ができない状態）となる。

【００６８】ＥＣＵ９２は、ステップＳ１１２の処理と
して、基準値ＶＮＯＰＥＮを新たなＥＶＲＶ９０駆動用
のデューティ比指令値ＤＮＦＩＮとして設定し直す。こ
の基準値ＶＮＯＰＥＮは、エンジン１１の負荷として表
される最終噴射量指令値ＱＦＩＮと、エンジン回転数Ｎ
Ｅとから算出される。なお、基準値ＶＮＯＰＥＮを算出
する際には、ＲＯＭ９３に記憶されたマップ（図示せ
ず）が参照される。このように新たに設定されたデュー
ティ比指令値ＤＮＦＩＮに基づき、ＥＶＲＶ９０の電磁
ソレノイドへの印加電圧をデューティ制御すると、ノズ
ルベーン７４の開度は閉じ過ぎた状態から通常の開度制
御が可能な状態へと戻される。即ち、上記基準値ＶＮＯ
ＰＥＮは、閉じ過ぎたノズルベーン７４を通常の開度制
御が可能な開度に戻すような値として算出される。

【００６９】以上詳述した処理が行われる本実施形態に
よれば、以下に示す効果が得られるようになる。 ・通常ノズルベーン７４の開度変化と過給圧ＰＩＭとの
関係は、図８（ａ）のグラフに示す態様を有するが、エ
ンジン１１の回転数が高くなると図８（ａ）のグラフに
示す態様から図８（ｂ）のグラフに示す態様へと変化す
る。この図８（ｂ）のグラフでは、ノズルベーン７４の
半開付近にて過給圧ＰＩＭが最大となる。また、ノズル
ベーンが全閉から半開に至る領域Ａではノズルベーン７
４の開度増大に伴い過給圧ＰＩＭが徐々に高くなり、ノ
ズルベーン７４が半開から全開に至る領域Ｂではノズル
ベーン７４の開度増大に伴い過給圧ＰＩＭが徐々に低下
する。

【００７０】従って、ノズルベーン７４の開度が図８
（ａ）において全閉から半開の間の状態にあるとき、エ
ンジン回転数ＮＥが急激に高くなると、そのノズルベー
ン７４の開度が図８（ｂ）の領域Ａ内に位置する状態に
なる。この状態にあっては、上記処理ルーチンのステッ
プＳ１１１（図７）でＮＯと判断される状態、即ち実際
の過給圧ＰＩＭが目標過給圧ＰＩＭＴＲＧよりも小さく
なってノズルベーン７４を閉じ側に制御しても、実際の
過給圧ＰＩＭを上昇させることができない状態となる。

【００７１】この場合、ステップＳ１１２の処理を実行
することで、ノズルベーン７４の開度を閉じ過ぎた状態
から通常の開度制御が可能な状態（図８（ｂ）の領域Ｂ
内にある状態）へと戻され、同ノズルベーン７４の閉じ
過ぎが防止される。本実施形態では、上記ノズルベーン
７４の閉じ過ぎを防止する際、エンジン背圧を検出する
背圧センサ等の検出値を用いないため、その背圧センサ
等を設ける手間とコストとを省くことができる。また、
エンジン背圧をノズルベーン７４の開度制御に用いる際
には、エンジン背圧の変動に繋がる排気通路３２の長さ
や燃焼室１６での失火といった各種条件を考慮しなけれ
ばならないが、本実施形成では上記のような各種条件を
考慮する必要もなくなる。

【００７２】・一般に、ノズルベーン７４の開度が変更
されてから過給圧ＰＩＭが変化するのには時間がかかる
ため、そのノズルベーン７４の開度調整に対する過給圧
ＰＩＭの変化には応答遅れが生じる。そのため本実施形
態では、ステップＳ１１１の処理における過給圧ＰＩＭ
が目標過給圧ＰＩＭＴＲＧよりも大きいか否かの判断
を、ステップＳ１０８の処理によりノズルベーン７４の
開度が小さくされた後、過給圧ＰＩＭが変化するのに十
分な時間が経過してから行うようにしている。

【００７３】即ち、閉補正フラグＸＤＮＦＩＮが「０」
にセットされている場合には、ステップＳ１０８の処理
を実行することによりノズルベーン７４の開度が小さく
された後、ステップＳ１１０にて閉補正フラグＸＤＮＦ
ＩＮが「１」にセットされてからでなければ、ステップ
Ｓ１０９からステップＳ１１１に進めないようになって
いる。このようにしてノズルベーン７４の開度が小さく
された後、閉補正フラグＸＤＮＦＩＮが「１」にセット
されるまでの時間、即ちノズルベーン７４の開度変化に
対して過給圧ＰＩＭが変化するのに十分な時間が経過し
てから、ステップＳ１１１での判断が行われるようにな
る。

【００７４】従って、本実施形態では、ノズルベーン７
４が閉じ側に制御されたとき、過給圧変化の応答遅れに
より過給圧ＰＩＭが上昇しない場合に、ノズルベーン７
４が誤って開き側に強制制御されるのを防止することが
できる。

【００７５】なお、本実施形態は、例えば以下のように
変更することもできる。 ・本実施形態では、ステップＳ１１２の処理を実行する
際に用いる基準値ＶＮＯＰＥＮを、エンジン１１の負荷
及び回転数に基づき算出するようにしたが、本発明はこ
れに限定されない。即ち、上記基準値ＶＮＯＰＥＮを
「１００％」に設定し、ステップＳ１１２の処理を実行
した結果、ノズルベーン７４が全開となるようにしても
よい。この場合、ノズルベーン７４が閉じ過ぎになった
とき、ノズルベーン７４が全開となるよう開度制御され
るため、同ベーン７４の開度を通常どおり開度制御可能
な開度領域（図８（ｂ）中の領域Ｂ）まで的確に移行さ
せることができる。

【００７６】・本実施形態では、空気圧により駆動され
るアクチュエータ８７によりノズルベーン７４の開度調
節を行うようにしたが、これに代えて油圧により駆動さ
れるアクチュエータやステップモータ等を採用してもよ
い。

【００７７】・ガソリンエンジンに本発明を適用する代
わりに、ディーゼルエンジンに本発明を適用してもよ
い。

【００７８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、ノズルベ
ーンの閉制御時に過給圧の上昇が検出されないことに基
づきノズルベーンを開き側に強制制御することで同ベー
ンの閉じ過ぎが防止される。従って、背圧センサ等の検
出値を用いずに且つ背圧センサ等を設けることなく、ノ
ズルベーンの閉じ過ぎを防止することができる。

【００７９】請求項２記載の発明によれば、ノズルベー
ンが閉じ側に制御された後に過給圧が変化するのに十分
な時間が経過してから過給圧の推移を検出することで、
過給圧変化の応答遅れによってノズルベーンが誤って開
き側に強制制御されるのを防止することができる。

【００８０】請求項３記載の発明では、ノズルベーンの
閉制御時に過給圧の上昇が検出されないことに基づき、
前記ノズルベーンが全開となるよう強制制御されるた
め、ノズルベーンが閉じ過ぎになったとき、そのノズル
ベーンが正常に制御される開度領域まで同ベーンを開き
側へ的確に強制制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のノズル開度制御装置が適用された
エンジン全体を示す概略断面図。

【図２】同エンジンに設けられたターボチャージャを示
す断面図。

【図３】同ターボチャージャにおけるノズルベーンを開
閉動作させるための可変ノズル機構を示す断面図及び正
面図。

【図４】上記可変ノズル機構を駆動する装置を示す概略
図。

【図５】上記ノズル開度制御装置の電気的構成を示すブ
ロック図。

【図６】ノズルベーンの開度制御手順を示すフローチャ
ート。

【図７】ノズルベーンの開度制御手順を示すフローチャ
ート。

【図８】ノズルベーンの開度と過給圧との関係を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１１…エンジン、１６…燃焼室、３６…コンプレッサホ
イール、３７…タービンホイール、４８…圧力センサ、
７１…可変ノズル機構、７４…ノズルベーン、８７…ア
クチュエータ、８９…負圧通路、９０…エレクトリック
・バキューム・レギュレーティング・バルブ（ＥＶＲ
Ｖ）、９２…電子制御ユニット（ＥＣＵ）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自身の回転により内燃機関の燃焼室へ空気
   を強制的に送り込むコンプレッサホイールと、このコン
   プレッサホイールと一体回転可能に連結されるとともに
   内燃機関の排気ガスが吹き付けられることで回転するタ
   ービンホイールと、このタービンホイールに吹き付けら
   れる排気ガスの流速を可変とすべく開閉動作するノズル
   ベーンとを備え、前記燃焼室への空気の過給圧が目標値
   よりも小さいときに前記ノズルベーンを閉じ側へ制御
   し、前記過給圧が目標値よりも大きいときに前記ノズル
   ベーンを開き側に制御する可変ノズル型ターボチャージ
   ャのノズル開度制御装置において、 前記ノズルベーンが閉じ側に制御されたときの前記過給
   圧の推移を検出する過給圧推移検出手段と、 前記過給圧推移検出手段によって前記過給圧の上昇が検
   出されないことに基づき前記ノズルベーンを開き側に強
   制制御するノズル開度強制制御手段と、 を備えることを特徴とする可変ノズル型ターボチャージ
   ャのノズル開度制御装置。
2. 【請求項２】前記過給圧推移検出手段は、前記ノズルベ
   ーンが閉じ側に制御された後、前記過給圧が変化するの
   に十分な時間が経過してから同過給圧の推移を検出する
   ものである請求項１記載の可変ノズル型ターボチャージ
   ャのノズル開度制御装置。
3. 【請求項３】前記ノズル開度強制制御手段は、前記過給
   圧推移検出手段によって前記過給圧の上昇が検出されな
   いことに基づき前記ノズルベーンを全開に強制制御する
   ものである請求項１又は２記載の可変ノズル型ターボチ
   ャージャのノズル開度制御装置。